基于64K通道的繼電保護(hù)缺陷分析與改進(jìn)

劉朝輝,王永紅

(河北超高壓分公司,河北石家莊050071)

0 引言

隨著繼電保護(hù)和光纖通信技術(shù)的發(fā)展,線路電流差動(dòng)保護(hù)和SDH光纖通信系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。如何更好地應(yīng)用光纖通信系統(tǒng)來傳送線路電流差動(dòng)保護(hù)信號是擺在繼電保護(hù)和通信專業(yè)人員面前的一個(gè)問題。該文就500 kV線路電流差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行中的2起典型缺陷進(jìn)行了深入的分析和測試試驗(yàn),以確定缺陷的性質(zhì)和原因,最后提出切實(shí)可行的處理方法和整改方案,并在實(shí)際變電站保護(hù)通道中得到體現(xiàn)。

1 64K通道的2類典型缺陷

1.1 “容抗整定出錯(cuò)”報(bào)警

2007年3月某500 kV變電站500 kV LX I、Ⅱ線雙回線RCS-931A保護(hù)在同一時(shí)間段告警,報(bào)告為：容抗整定出錯(cuò)。經(jīng)觀察,容抗整定出錯(cuò)的缺陷,與負(fù)荷大小有關(guān),在負(fù)荷小時(shí),此告警能恢復(fù),負(fù)荷電流大時(shí)告警重復(fù)出現(xiàn),LXⅡ線通道示意圖如圖1所示。

圖1 lxⅡ線通道示意圖

保護(hù)人員到現(xiàn)場后,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)(以LXⅡ線為例)以下異常：

①兩側(cè)保護(hù)裝置DSP采樣值的差流很大：

該側(cè)電流Iabc=0.19A,對側(cè)電流Iabcr=0.19 A,兩側(cè)保護(hù)差流Icdabc達(dá)到0.17A;

②該側(cè)和對側(cè)保護(hù)測得電流的相角差(Ia-Iar)=235°,(Ib-Ibr)=234°,(Ic-Icr)=234°。顯著偏離實(shí)際角差180°;

③保護(hù)裝置測量通道延時(shí)明顯偏離實(shí)際通道延時(shí)：保護(hù)裝置顯示測量通道延時(shí)為1.588 ms。LX II線路保護(hù)停運(yùn)后的實(shí)測值為主通道6.5 ms左右,備通道2.3 ms,符合正常范圍。

將RCS-931A保護(hù)退出,MUX-64通信接口裝置重新上電重啟后,RCS-931A保護(hù)裝置恢復(fù)正常：差流恢復(fù)為0.02 A;相角差恢復(fù)為174°;測量通道延時(shí)恢復(fù)為4.875 ms。

1.2 “容抗整定出錯(cuò)”及“長期有差流”報(bào)警

2008年8月在bb變電站sbⅠ線線路故障同時(shí),sb變電站至qy變電站的bqⅡ線兩側(cè)RCS-931AS保護(hù)裝置差動(dòng)退出,時(shí)間長達(dá)200 ms,bqⅡ線通道示意圖如圖2所示。

圖2 bqⅡ線通道示意圖

9月同一保護(hù)兩側(cè)出現(xiàn)“長期有差流”及“容抗整定出錯(cuò)”報(bào)警。經(jīng)查：異常出現(xiàn)時(shí),與lxII線情況相似,sb站測得兩側(cè)保護(hù)負(fù)荷電流模值相同,均為0.16 A,但相位差異很大,導(dǎo)致差流達(dá)到0.11 A。

2 現(xiàn)場試驗(yàn)

2.1 缺陷定位

結(jié)合2條線路的通道示意圖可以看出,線路均為保護(hù)的64K通道接至PCM,PCM設(shè)備連接的2個(gè)2M通道同時(shí)工作,可以在2個(gè)2M通道之間互相切換,2個(gè)通道中一個(gè)為直達(dá),另一個(gè)為迂回。路徑不同、通道延時(shí)不同。保護(hù)版本：RCS-931AS V1.15版,2005-07-26 21：43 校驗(yàn)碼：C24A。

保護(hù)人員對bqⅡ線通道做了如下試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)：

①PCM在2條2M通道都良好時(shí)自動(dòng)選擇直達(dá)通道(通道延時(shí)：1.192 ms);

②手動(dòng)斷開直達(dá)通道2M線時(shí),PCM自動(dòng)轉(zhuǎn)移至迂回通道,此時(shí)RCS-931AS保護(hù)能檢測出通道中斷,并在迂回通道上重新自檢、同步、確認(rèn)長通道延時(shí)(4.498 ms),此過程保護(hù)工作正常;

③手動(dòng)恢復(fù)直達(dá)通道2M線時(shí),PCM檢測出直達(dá)通道恢復(fù),自動(dòng)轉(zhuǎn)移至直達(dá)通道,無擾切換,此時(shí)保護(hù)裝置不告警,仍按長通道延時(shí)工作,保護(hù)顯示出現(xiàn)差流,計(jì)算通道延時(shí)差約3.3 ms,(合角差約60°),檢查保護(hù)裝置測量角度、差流數(shù)值均與計(jì)算值相符;

④PCM手動(dòng)斷開直達(dá)通道2M線的一個(gè)頭時(shí),PCM能將收發(fā)同時(shí)轉(zhuǎn)移至迂回通道,即PCM一般不會(huì)出現(xiàn)收發(fā)路由不一致;

⑤強(qiáng)制斷開短通道的收、長通道的發(fā)(即人工強(qiáng)制收發(fā)路由不一致),PCM仍能工作,此時(shí)保護(hù)不告警,出現(xiàn)差流;

⑥保留一個(gè)2M通道,網(wǎng)管在光端機(jī)處切換2M路由,保護(hù)裝置會(huì)出現(xiàn)3 s左右告警,后恢復(fù),能重新同步。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過以上現(xiàn)場試驗(yàn),得出結(jié)果,繼電保護(hù)裝置64K通道在PCM設(shè)備上連接的2個(gè)2M通道同時(shí)工作,當(dāng)發(fā)生無擾切換或者小擾動(dòng)時(shí),2M通道收、發(fā)不是同一個(gè)路由,此時(shí)繼電保護(hù)裝置仍可繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,而不告警。但是,保護(hù)裝置已經(jīng)顯示有差流,當(dāng)線路負(fù)荷變大時(shí),會(huì)發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)作的可能。

3 RCS-931保護(hù)裝置通道原理分析

RCS-931系列差動(dòng)保護(hù)在保護(hù)上電,兩側(cè)保護(hù)開始數(shù)據(jù)交換后,開始計(jì)算通道延時(shí);計(jì)算出通道延時(shí)后,進(jìn)行同步調(diào)整。當(dāng)經(jīng)采樣間隔調(diào)整兩側(cè)進(jìn)入同步狀態(tài)后,差動(dòng)保護(hù)投入。當(dāng)兩側(cè)保護(hù)處于同步狀態(tài),差動(dòng)保護(hù)投入的情況下,保護(hù)不進(jìn)行實(shí)時(shí)的測量通道延時(shí);當(dāng)保護(hù)感受到通道可能發(fā)生干擾時(shí)(如通道中斷后再恢復(fù)、通道有誤碼和通道切換等),保護(hù)重新進(jìn)行通道延時(shí)的測試,再判別兩側(cè)是否同步,如失步則需進(jìn)行同步調(diào)整?？紤]到通道延時(shí)的測試,再同步過程會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)退出時(shí)間較長(因?yàn)槠古宜惴y量通道延時(shí),需要兩側(cè)來回收發(fā)數(shù)據(jù),取多次測量通道延時(shí)結(jié)果的平均值作為通道延時(shí),對于64 kbit/s的通道,需要耗費(fèi)較長的時(shí)間),為了保證差動(dòng)保護(hù)退出時(shí)間最短,使差動(dòng)保護(hù)對通道的要求不至于太苛刻,保護(hù)裝置并不是感受到任意一個(gè)小的干擾都要進(jìn)行通道延時(shí)的測試。

觸發(fā)差動(dòng)保護(hù)重測通道延時(shí)、再同步的條件如：感受到通道誤碼率較高、丟幀以及兩幀數(shù)據(jù)間通道抖動(dòng)過大等。一般的通道切換裝置,在切換過程中,需要有一個(gè)過程,保護(hù)裝置能夠感受到誤碼增加、丟幀等擾動(dòng),差動(dòng)保護(hù)會(huì)重新進(jìn)行通道延時(shí)的計(jì)算,因此差動(dòng)保護(hù)能夠適應(yīng)使用通道切換裝置,且能保證切換后,來回路由一致的通道。但當(dāng)某些通道切換裝置在切換過程中,沒有誤碼發(fā)生,保護(hù)數(shù)據(jù)接收正常,或切換過程中的特征和平時(shí)的小擾動(dòng)相似,不能區(qū)分,保護(hù)裝置不能感受到變化,從理論上分析,差動(dòng)保護(hù)可能存在不重新測量延時(shí),導(dǎo)致保護(hù)使用的通道延時(shí)和實(shí)際延時(shí)不一致的情況發(fā)生,使兩側(cè)保護(hù)裝置測量電流角度差偏離實(shí)際值,從而出現(xiàn)差流。

4 改進(jìn)措施

RCS-931系列保護(hù)采用64k通道在PCM設(shè)備連接的2個(gè)2M通道同時(shí)工作,可以在2個(gè)2M通道之間互相切換的通道模式下,通道的擾動(dòng)及恢復(fù)過程極易引起保護(hù)對通道延時(shí)的判斷錯(cuò)誤,由于是無擾切換,通道延時(shí)不能糾正,不能自動(dòng)找回同步,造成差動(dòng)保護(hù)異常運(yùn)行,在相鄰線路故障時(shí)易造成誤動(dòng)。除RCS-931系列,其他保護(hù),包括進(jìn)口保護(hù),也可能存在類似問題。由于光纖差動(dòng)出現(xiàn)早期,對其工作原理的不熟悉,特別是保護(hù)、通信專業(yè)對相關(guān)知識(shí)掌握不全面,網(wǎng)內(nèi)遺留有64K保護(hù)使用雙通道情況,必須引起高度警覺,其改造工作應(yīng)及早進(jìn)行。

針對保護(hù)采用64K通道在PCM設(shè)備連接的2個(gè)2M通道同時(shí)工作的情況,分2個(gè)整改階段(以bqⅡ線為例)：①將bqⅡ線PCM之后的迂回2M通道物理斷開,即將PCM的B口置于Off Service狀態(tài);②統(tǒng)計(jì)網(wǎng)內(nèi)其他線路有類似情況的保護(hù),進(jìn)行統(tǒng)一整改。

整改工作中必須注意的其他事項(xiàng)：

①一條線路2套保護(hù)分別對應(yīng)的接口裝置、PCM、光端機(jī)電源應(yīng)按照雙重化配置的要求分別一一對應(yīng),不得交叉、共用;

②光電接口裝置的機(jī)殼、直流-48V電源的正極必須在本光電接口屏處可靠接地;

③從光電接口裝置至PCM的64K通訊電纜的屏蔽層,必須兩端可靠接地;

④第1、2條同樣適用于2M保護(hù)的通道。

5 結(jié)束語

在電力系統(tǒng)中,存在如保護(hù)裝置軟件設(shè)計(jì)不完善、二次回路設(shè)計(jì)不合理、參數(shù)配合不好、元器件質(zhì)量差、設(shè)備老化、二次標(biāo)識(shí)不正確以及未執(zhí)行反措等諸多原因,導(dǎo)致運(yùn)行的繼電保護(hù)設(shè)備存有或出現(xiàn)缺陷,輕則影響設(shè)備運(yùn)行,重則危及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定,為此,必須高度重視繼電保護(hù)缺陷,認(rèn)真、持久地開展好繼電保護(hù)缺陷管理工作。

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